Interaktion von Immunsystem und Gehirn

Interferon ist ein wichtiger Botenstoff des Immunsystems und könnte an der Interaktion von Immunsystem und Gehirn beteiligt sein und somit Einfluss auf das Lernvermögen haben. Darauf deutet eine Studie mit Mäusen der Technischen Universität Braunschweig hin.

In einer früheren Studie zeigten die Braunschweiger ForscherInnen bereits, dass die Reaktion des Immunsystems bei einer Erkrankung mit einem Grippevirus einen längerfristigen negativen Effekt im Gehirn haben kann. „Wir wissen, dass es im Krankheitsfall Signalsysteme gibt, die vom Immunsystem auf das Nervensystem wirken und umgekehrt. Diese haben vor allem negative Konsequenzen für beide Organsysteme des Körpers. Jetzt haben wir untersucht, ob die Signalsysteme auch unabhängig von einer Infektion auf das Nervensystem wirken und diese Wechselwirkungen auch positive Effekte haben können, zum Beispiel auf unser Lernvermögen“, sagt Prof. Martin Korte, Neurobiologe am Institut für Zoologie der TU Braunschweig und Leiter der Arbeitsgruppe „Neuroinflammation und Neurodegeneration“ am HZI.

Helfer bei der Interaktion

Im Fokus der ForscherInnen stand das Typ-I-Interferon, das als ein antiviraler Botenstoff nach Virusinfektionen überwiegend im Blut zu finden ist. Interferone können aber auch im Gehirn gebildet werden und neben ihrer antiviralen Wirkung auch bei Autoimmunerkrankungen eine Rolle spielen. Untersuchungen haben gezeigt, dass geringe Mengen an Typ-I-Interferon auch ausgeschüttet werden, wenn keine Infektion vorhanden ist. Hier setzt das Forschungsteam an: Um mehr darüber herauszufinden, wie das Interferon mit dem Gehirn interagiert und sich darauf auswirkt, hat Dr. Shirin Hosseini von der Abteilung für Zelluläre Neurobiologie der TU Braunschweig die Gehirnstrukturen sowie das Lern- und Erinnerungsvermögen von Mäusen untersucht, in deren Nerven- und Gliazellen keine Rezeptoren für Interferon vorhanden waren.

Einschränkungen im Lernvermögen

Prof. Ulrich Kalinke und seine Arbeitsgruppe am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) bzw. TWINCORE in Hannover haben dafür Mäuse gezüchtet, bei denen die Rezeptoren für Typ-I-Interferon auf bestimmten Zelltypen fehlten. Die ForscherInnen der TU Braunschweig untersuchten mithilfe von Gehirnschnitten dieser Mäuse den Hippocampus. Außerdem betrachteten sie das Erinnerungsvermögen der Tiere. Die Nagetiere mussten zum Beispiel nach ein paar Trainingseinheiten eine mit Wasser bedeckte Plattform wieder finden. „Wir haben festgestellt, dass es negative Auswirkungen auf die Physiologie des Gehirns hat, besonders auf Lernprozesse, wenn der Interferon-Rezeptor selektiv nur auf Astrozyten fehlt“, fasst Hosseini die Ergebnisse zusammen. „Nachdem die Mäuse in dem Versuch gelernt hatten, wo sich die Plattform im Wasser befindet, haben sie diese innerhalb weniger Sekunden wieder gefunden. Ohne die Interferon-Rezeptoren auf den Astrozyten brauchten sie dafür deutlich länger.“

Wie aber beeinflusst das Interferon das Lern- und Erinnerungsvermögen der Mäuse? Im Hippocampus wird bei Gedächtnisprozessen der Neurotransmitter Glutamat ausgeschüttet, der als Botenstoff die Erregung von einer Nervenzelle auf eine andere überträgt. Die Astrozyten pumpen das Glutamat weg, damit ein nächster Impuls eine neue Wirkung auf die Rezeptoren haben kann. Die WissenschaftlerInnen haben mithilfe der Mausmodelle herausgefunden, dass der Interferon-Rezeptor auf den Astrozyten wichtig ist, um den Abtransport des Glutamats zu beeinflussen. Das Typ-I-Interferon bestimmt nämlich, wie schnell das Glutamat abtransportiert wird. Wird es beispielsweise langsamer weggepumpt, hat es eine längere und damit stärkere Wirkung. Dadurch können sich Lernereignisse besser manifestieren. Fehlen die Interferon-Rezeptoren, fehlt die Regulation des Glutamatabtransportes und Gedächtnisprozesse kommen aus dem Gleichgewicht.

Hohe Spezifität der Ergebnisse

Die Studie bestätigt damit, dass das Immunsystem auch unabhängig von einer Infektion das Nervensystem und speziell das Lernvermögen beeinflusst. „Das Besondere an unseren Ergebnissen ist die hohe Spezifität, mit der wir die molekulare Interaktion zwischen Immunsystem und Gehirn beschreiben können. Wir können genau sagen, welcher Rezeptor an welchen Synapsen Lernereignisse moduliert“, erklärt Korte.  Darauf aufbauend soll weiter geforscht werden: „Unsere Studie zeigt, dass Moleküle des Immunsystems im Gehirn zum Einsatz kommen und in physiologischen, nur leicht erhöhten Konzentrationen sogar gut für Gedächtnisprozesse sind. Das legt die Frage nahe, ob auch eine Impfung, mit einer leichten Stimulation des Immunsystems, das Gehirn in seiner Leistungsfähigkeit fördern könnte, während eine starke Infektion das Gehirn dauerhaft schwächen kann. Das wollen wir als nächstes untersuchen”, erklärt Korte.

Originalpublikation:
Hosseini  S et al. Type I interferon receptor signaling of astrocytes regulates hippocampal synaptic plasticity and cognitive function of the healthy CNS. Cell Reports, 19. Mai 2020